Номер 10, страница 104 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

10. Почему колебания струны при равномерном движении смычка можно считать автоколебаниями?

Решение

Колебания струны при равномерном движении смычка можно считать автоколебаниями, потому что в этой системе присутствуют все необходимые для этого элементы. Автоколебания — это незатухающие колебания, поддерживаемые за счет энергии от непериодического внешнего источника, причем система сама регулирует поступление этой энергии. В случае со струной и смычком этими элементами являются: колебательная система (сама струна с ее собственными частотами), источник энергии (равномерно движущийся смычок) и механизм обратной связи (сила трения между струной и смычком).

Механизм обратной связи работает за счет разницы между силой трения покоя и силой трения скольжения. Процесс выглядит так: волос смычка, покрытый канифолью, сначала "сцепляется" со струной и из-за высокой силы трения покоя увлекает ее за собой, смещая из положения равновесия. В струне при этом растет упругая сила, стремящаяся вернуть ее назад. Когда эта упругая сила превышает максимальную силу трения покоя, происходит срыв — струна "проскальзывает" и начинает двигаться в обратную сторону. Во время этого скольжения на нее действует уже меньшая сила трения скольжения, что позволяет ей пролететь положение равновесия. Когда струна достигает максимального отклонения и ее скорость на мгновение сравнивается со скоростью смычка, она снова "сцепляется" с ним, и весь цикл повторяется. Таким образом, сама колеблющаяся струна определяет моменты, когда ей нужна "подкачка" энергии от смычка, что и является сущностью автоколебательного процесса. Частота колебаний определяется параметрами струны (ее длиной, натяжением и массой), а не скоростью движения смычка.

Ответ: Колебания струны являются автоколебаниями, потому что сама колеблющаяся струна через механизм трения (периодическое "сцепление" и "проскальзывание" со смычком) управляет поступлением энергии от непериодического источника — равномерно движущегося смычка, поддерживая незатухающие колебания на своей собственной частоте.